Село Конобеево впервые упоминается в Коломенских писцовых книгах 1577–1578 годов как «сельцо Конобеево» в составе вотчины Ивана Ивановича Бухарина—Наумова. В 1702 году, на средства князя Василия Федоровича Долгорукова, была построена кирпичная церковь Троицы Живоначальной в стиле московского барокко. Храм был перекрыт восьмичастным сомкнутым сводом, с трапезной на западе. Церковь имела два придела: во имя святителя Николая Чудотворца и священномученика Тимофея, епископа Прусского. Внутреннее убранство включало поливные изразцы, придававшие зданию особую выразительность.
В 1907 году началось строительство нового кирпичного храма по проекту архитектора Фёдора Васильевича Рыбинского, расположенного рядом со старым зданием. Строительство продолжалось до 1913 года, и освящение нового храма состоялось 25 марта того же года. Новая церковь была построена из кирпича на цементном растворе, своды были выполнены из железобетона. Главный иконостас был перенесён из старой церкви, а иконостасы приделов изготовлены заново.
В 1930-е годы храм был закрыт, и его помещения использовались для хранения сельскохозяйственных продуктов, что привело к значительным повреждениям здания. В 1990 году церковь была передана верующим и начались восстановительные работы. Были восстановлены кровля и венчания храма и колокольни, а также проведены внутренние реставрационные работы.
Архитектурно, храм представляет собой кирпичное здание в псевдорусском стиле с четырёхстолпной композицией, восьмигранным куполом и высокой колокольней. Боковые приделы посвящены святителю Николаю и священномученику Тимофею, епископу Прусскому.
